QCM : Éléments et réactions nucléaires (31 questions)

Explication

Le silicium représente 28 % de la masse de la croûte terrestre : $200 \times 0{,}28 = 56$ g. 16 g correspond à l’aluminium, 94 g à l’oxygène et 36 g applique à tort la proportion du carbone humain.

Explication

Dans le Soleil, la fusion de quatre noyaux d’hydrogène produit de l’hélium et libère l’énergie qui fournit principalement chaleur et lumière. L’hélium n’est pas le réactif de cette transformation, et la production solaire décrite n’est ni une fission ni une fusion directe en fer.

Explication

Jusqu’au numéro atomique 83, les exceptions à la présence d’isotopes stables sont le technétium, le prométhium et le bismuth. Le polonium, l’astate et le radon sont des éléments radioactifs situés après le bismuth, tandis que les autres choix ne correspondent pas à la liste des exceptions.

Explication

En quantité de matière dans l’Univers, l’hydrogène représente 92 %, l’hélium 7 % et les autres éléments 1 %. L’échange des deux premières proportions inverse H et He, tandis que les valeurs 47 % et 28 % correspondent notamment aux abondances terrestres de l’oxygène et du silicium.

Explication

La radioactivité correspond à la désintégration spontanée de noyaux instables, avec émission d’une particule et transformation en noyaux d’un autre élément. La fission est provoquée par un neutron, la fusion assemble des noyaux légers et l’irradiation ne désigne pas cette désintégration.

Explication

Une réaction nucléaire conserve le nombre de masse A et le numéro atomique Z : leurs sommes doivent donc être égales des deux côtés de l’équation. Le nombre de particules peut varier, et conserver une seule des deux grandeurs A ou Z ne suffit pas.

Explication

Les réactions de fusion dans les étoiles forment des éléments de plus en plus lourds jusqu’au fer. L’uranium dépasse cette limite, tandis que le carbone et l’oxygène sont des étapes antérieures de la synthèse stellaire.

Explication

La nucléosynthèse explosive associe fusion, fission, capture nucléaire et désintégration pour former presque tous les éléments chimiques. La combustion et l’évaporation ne font pas partie de cette liste, et la capture électronique ou la sublimation ne remplacent pas les réactions indiquées.

Explication

La radioactivité et la médecine nucléaire peuvent servir au diagnostic, au suivi de l’évolution d’une maladie et à son traitement, notamment pour les tumeurs et les cancers. Le diagnostic initial seul, la prévention et le traitement sans diagnostic ni suivi ne couvrent pas l’ensemble de ces rôles.

Explication

La fusion unit deux noyaux légers sous de fortes températures et pressions pour former un noyau plus lourd, avec un fort dégagement d’énergie. La fission scinde un noyau lourd, tandis que la capture neutronique et la désintégration ne décrivent pas cette union de deux noyaux légers.

Explication

La demi-vie est le temps nécessaire pour que la population initiale de noyaux radioactifs soit réduite de moitié. La désintégration complète, la division par quatre et une population stable correspondent à d’autres interprétations.

Explication

Les éléments les plus abondants en masse sont H et He dans l’Univers, O, H, Fe et Si dans la Terre, puis H, O et C chez les êtres vivants. L’aluminium et l’azote proviennent d’autres répartitions, et l’hélium ne remplace pas l’hydrogène dans le groupe des éléments vivants indiqués.

Explication

À partir du polonium, de numéro atomique 84, aucun élément ne possède d’isotope à noyau stable. La limite de stabilité n’est pas celle de l’uranium, et l’origine naturelle ou artificielle ne change pas cette règle.

Explication

Les éléments jusqu’à l’uranium, de numéro atomique 92, sont naturels ; les éléments suivants sont artificiels. Les seuils 84 et 83 concernent la stabilité des noyaux, non la limite indiquée entre éléments naturels et artificiels.

Explication

Le carbone 14 sert à dater des objets âgés de quelques centaines d’années à $50\,000$ ans et sa demi-vie est de $5730$ ans. La valeur $573$ réduit cette durée d’un facteur dix, les millions d’années sortent de la plage indiquée et $50\,000$ ans est une limite d’application, pas sa demi-vie.

Explication

La fragmentation des noyaux de carbone, d’azote et d’oxygène par des protons cosmiques énergétiques produit des nucléides plus petits, notamment le lithium, le béryllium et le bore. Le carbone, l’azote et l’oxygène sont les noyaux frappés, tandis que les autres choix ne correspondent pas aux produits indiqués.

Explication

Les radiotraceurs produits par l’industrie pharmaceutique et les laboratoires servent en imagerie nucléaire, notamment en scintigraphie et en TEP. Le médicament anticancéreux et le faisceau de radiothérapie relèvent d’un traitement, tandis que l’agent de contraste non radioactif n’est pas un radiotraceur.

Explication

Des isotopes sont des atomes du même élément : leur numéro atomique est identique, mais leur nombre de neutrons diffère. La charge concerne les ions, tandis qu’un même nombre de masse ou de neutrons ne définit pas cette relation.

Explication

La fusion consiste à réunir deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd et s’accompagne d’un fort dégagement d’énergie. La fission scinde un noyau lourd, tandis que la désintégration radioactive est spontanée et que l’émission de neutrons ne définit pas à elle seule la fusion.

Explication

Après une demi-vie, le nombre de noyaux vaut $N_0/2$, donc $2400/2=1200$. Garder $2400$ oublie la décroissance, obtenir $600$ applique deux demi-vies, et retirer deux noyaux confond réduction de population et désintégrations individuelles.

Explication

La fission est provoquée par l’impact d’un neutron sur un noyau lourd, qui se scinde en noyaux plus légers et produit des neutrons. La fusion assemble des noyaux légers, la désintégration radioactive est spontanée et la capture neutronique ne désigne pas cette scission.

Explication

La nucléosynthèse désigne les processus de synthèse des éléments chimiques dans l’Univers. La fusion est un mécanisme particulier, tandis que la désintégration et l’effondrement ne désignent pas cet ensemble de processus.

Explication

ALARA signifie que l’exposition doit être maintenue aussi basse que raisonnablement possible. Une suppression garantie du rayonnement, une réduction sans égard au raisonnable ou une durée fixe ne restitue pas ce principe.

Explication

À masse engagée équivalente, la fusion dégage dix fois plus d’énergie que la fission. L’égalité des rendements et les rapports inversé ou réduit à deux ne correspondent pas à cette comparaison.

Explication

La fission d’un noyau lourd provoquée par un neutron de faible énergie produit généralement deux noyaux plus légers et deux ou trois neutrons. La production de protons confond les particules émises, tandis que la formation d’un noyau plus lourd ou l’union de noyaux légers relève d’autres processus.

Explication

La radioprotection vise à diminuer l’exposition, notamment en limitant sa durée et en portant des protections. Prolonger l’exposition l’augmente, tandis que se passer de protections ou maintenir la durée ne reprend pas l’ensemble des mesures indiquées.

Explication

Lorsque le cœur de fer cesse de produire de l’énergie, la gravité provoque l’effondrement de l’étoile, suivi de l’expulsion des couches externes par une onde de choc. L’inversion de l’ordre place l’expulsion avant l’effondrement, tandis que l’absence d’onde de choc ou la reprise de production d’énergie contredit le mécanisme décrit.

Explication

L’activité, mesurée en becquerels, correspond au nombre de noyaux qui se désintègrent en une seconde : 18 Bq signifie donc 18 désintégrations par seconde. Elle ne donne pas directement le nombre total de noyaux présents, le nombre restant ou une masse.

Explication

Le calcium représente 2 % et le phosphore 1 % de la masse du corps humain, soit 3 % au total : $500 \times 0{,}03 = 15$ g. 10 g omet le phosphore, 5 g omet le calcium et 20 g ajoute à tort les autres éléments.

Explication

Le numéro atomique $Z$ compte les protons, $N$ compte les neutrons et le nombre de nucléons est leur somme : $A=11+12=23$. Les réponses qui donnent $Z=23$ confondent le nombre de nucléons avec celui des protons, tandis que celle qui échange $Z$ et $N$ inverse protons et neutrons.

Explication

Une particule alpha est un noyau d’hélium $^{4}_{2}\mathrm{He}$. Un électron et un positon correspondent respectivement aux particules $\beta^-$ et $\beta^+$, tandis qu’un neutron isolé n’est pas une particule alpha.